同時(shí)測試固定源排放的pm2.5和可凝結(jié)顆粒物的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固定源煙氣測試領(lǐng)域，特別的涉及一種同時(shí)測定固定源排放的PM2.5和可凝結(jié)顆粒物的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展及公眾環(huán)保意識提高，顆粒物排放引起的環(huán)境污染受到了高度重視。新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《GB 3095-2012》已于2012年頒布并于2016年全面實(shí)施，其中明確了對顆粒物進(jìn)行監(jiān)測和控制。固定源是環(huán)境空氣中顆粒物的重要源頭。較之無組織排放源，對固定源排放的顆粒物進(jìn)行捕集和控制更為有效。
[0003]固定源排放的一次顆粒物可分為可過濾顆粒物(Filterable particulatematter，F(xiàn)PM)和可凝結(jié)顆粒物(Condensable particulate matter，CPM)。在煙道溫度狀況下，可過濾顆粒物(FPM)是以固態(tài)或者液態(tài)形式存在，可通過撞擊器或者濾膜進(jìn)行捕集。其中，PM2.5是空氣動力學(xué)直徑小于2.5μπι的顆粒物。有研究表明，PM2.5是人類活動所釋放污染物的主要載體，攜帶有大量的重金屬和有機(jī)污染物，對人類健康危害極大，對其的控制不容忽視。
[0004]可凝結(jié)顆粒物(CPM)在煙道內(nèi)以氣態(tài)或者蒸汽態(tài)形式存在，離開煙道后在環(huán)境溫度下會在數(shù)秒內(nèi)降溫凝結(jié)成液態(tài)或者固態(tài)。采樣測量過程中，CPM可穿過傳統(tǒng)顆粒物采樣方法所使用的過濾介質(zhì)，無法被捕集并測量。而據(jù)國外相關(guān)研究，以燃煤電廠為例，其排放的CPM與FPM質(zhì)量濃度處于相同或相近數(shù)量級。CPM屬細(xì)顆粒物，其對環(huán)境空氣中可吸入顆粒物的貢獻(xiàn)相當(dāng)可觀。
[0005]準(zhǔn)確的測量是進(jìn)行控制的前提。我國現(xiàn)有的固定源顆粒物測試國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T16157-1996)針對的對象是煙氣中總煙塵，尚無針對ΡΜ2.5的測定方法；同時(shí)，尚無可凝結(jié)顆粒物測試的國家標(biāo)準(zhǔn)。國外有單獨(dú)的ΡΜ2.5或可凝結(jié)顆粒物測試方法或標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)FPM及CPM的特性，本發(fā)明提出了一種同時(shí)測定固定源排放ΡΜ2.5和可凝結(jié)顆粒物的裝置及相應(yīng)的測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種同時(shí)測試固定源排放的ΡΜ2.5和可凝結(jié)顆粒物的裝置及方法，為采集固定源排放的ΡΜ2.5和可凝結(jié)顆粒物進(jìn)行有效測定，為煙氣研究提供相關(guān)參數(shù)。
[0007]一種同時(shí)測試固定源排放的ΡΜ2.5和可凝結(jié)顆粒物的裝置，包括煙塵采樣部件、ΡΜ2.5收集部件以及可凝結(jié)顆粒物收集部件，所述煙塵采樣部件包括采樣頭、采樣槍、采樣栗，所述ΡΜ2.5收集部件包括加熱室、多級撞擊器，所述可凝結(jié)顆粒物收集部件包括冷凝管、與所述冷凝管匹配設(shè)置的循環(huán)水栗、第一冷卻池、第二冷卻池、第一緩沖瓶、第二緩沖瓶、過濾器、第三緩沖瓶、第四緩沖瓶;依次串連所述采樣頭、采樣槍、所述多級撞擊器、冷凝管、第一緩沖瓶、第二緩沖瓶、過濾器、第三緩沖瓶、第四緩沖瓶以及所述采樣栗形成檢測管路，所述多級撞擊器設(shè)置在所述加熱室內(nèi)，所述循環(huán)水栗、第一緩沖瓶、第二緩沖瓶放置于第一冷卻池內(nèi)，所述第三緩沖瓶、第四緩沖瓶放置于第二冷卻池內(nèi)。通過煙塵采樣部件深入煙氣管道內(nèi)采集測試用原煙氣，將采集的測試用原煙氣依次通過PM2.5收集部件以及可凝結(jié)顆粒物收集部件，實(shí)現(xiàn)PM2.5和可凝結(jié)顆粒物的數(shù)據(jù)采集，通過對煙氣成分分析來判斷固定源污染排放的狀態(tài)，進(jìn)而為固定源的排放控制提供依據(jù)，確保固定源的排放維持在較低水平，利于環(huán)境保護(hù)。采樣槍通過采樣頭伸入煙氣管道來收集測試用原煙氣，并在采樣槍和加熱室作用下使得測試用原煙氣維持在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)實(shí)施PM2.5采集，冷凝管、第一緩沖瓶、第二緩沖瓶、第三緩沖瓶依次對流出多級撞擊器的煙氣實(shí)施降溫，使得煙氣內(nèi)的氣體凝結(jié)成顆粒物質(zhì)，并被第四緩沖瓶收集，通過測量各緩沖瓶內(nèi)固體物質(zhì)的成分及質(zhì)量來獲得煙氣內(nèi)可凝結(jié)顆粒的數(shù)據(jù)。
[0008]作為優(yōu)選，所述采樣槍為夾套式結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)筒、外筒、加熱部，所述內(nèi)筒為石英玻璃材質(zhì)，外筒為不銹鋼材質(zhì)，所述內(nèi)筒和外筒間設(shè)置沿所述內(nèi)筒軸向平行布置的溫濕度測定器和畢托管。石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，高的耐溫性，極好的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性，低而穩(wěn)定的超聲延遲性能，最佳的透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，并有著高于普通玻璃的機(jī)械性能，能有效適應(yīng)采樣槍內(nèi)測試用原煙氣高溫、易反應(yīng)的特性，外筒起到保護(hù)內(nèi)筒、溫濕度測定器以及畢托管的作用，防止采樣槍因外力而損壞。溫濕度測定器用于獲得測試用原煙氣的溫度參數(shù)和濕度參數(shù)，畢托管用于測試煙氣的流速，畢托管與內(nèi)筒軸線平行設(shè)置，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的煙氣流量信息。
[0009]作為優(yōu)選，所述多級撞擊器為三級結(jié)構(gòu)，沿檢測管路內(nèi)煙氣流向布置并捕集顆粒，三級捕集顆粒的空氣動力學(xué)直徑范圍依次為:大于等于ΙΟμπι的顆粒、小于ΙΟμπι且大于等于2.5μπι的顆粒、小于2.5μπι且大于等于Ι.Ομπι的顆粒，通過多級撞擊器后的煙氣流入所述冷凝管中。多級撞擊器用于收集煙氣的ΡΜ2.5參數(shù)，含有各種粒級固體顆粒的煙氣依次通過三級撞擊器，并隨著各級撞擊器上的網(wǎng)孔直徑變化而被截流，測試用原煙氣首先經(jīng)過第一級撞擊膜片，有效濾去大于等于1ym的顆粒，其次經(jīng)過第二級撞擊膜片，有效濾去小于ΙΟμπι且大于等于2.5μηι的顆粒，最后經(jīng)過第三級撞擊膜片，有效濾去小于2.5μηι且大于等于1.Ομπι的顆粒，通過測定第三級撞擊膜片上截流的顆粒物來獲得煙氣ΡΜ2.5參數(shù)，此外，通過測定第二級撞擊膜片上截流的顆粒物來獲得煙氣PMlO參數(shù)?？諝鈩恿W(xué)直徑小于1.Ομπι的顆粒物無法被撞擊器捕集，會進(jìn)入后續(xù)的可凝結(jié)顆粒物收集部件。
[0010]作為優(yōu)選，所述內(nèi)筒和多級撞擊器之間設(shè)置有連接管，從內(nèi)筒中流出的測試用原煙氣具有高溫，使得連接管必須具有耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)，連接管的材質(zhì)為聚偏氟乙烯，能有效確保高溫的測試用原煙氣化學(xué)成分前后一致，確保測量精確度。
[0011]作為優(yōu)選，所述采樣槍的加熱溫度范圍為120°C_140°C;所述加熱室的加熱溫度范圍為120°C-140°C;所述加熱室和冷凝管之間的石英玻璃管外套置有加熱套，所述加熱套的加熱溫度范圍為120 °C_140°C。通過設(shè)定采樣槍、加熱室以及加熱套上的加熱溫度來確保測試用原煙氣以預(yù)設(shè)溫度通過三級撞擊器，進(jìn)而模擬常態(tài)煙氣溫度下PM2.5的含量，防止因溫度變化而導(dǎo)致凝結(jié)物增減，進(jìn)而影響測試參數(shù)準(zhǔn)確性。
[0012]作為優(yōu)選，所述第一冷卻池包括一恒溫組件，使得第一冷卻池內(nèi)的介質(zhì)溫度維持在29 °C -31°C，所述第二冷卻池包括一恒溫組件，使得第二冷卻池內(nèi)的介質(zhì)溫度維持在O 0C -TC。第一冷卻池和第二冷卻池對煙氣起到降溫作用，使得煙氣內(nèi)氣態(tài)的可凝結(jié)物質(zhì)凝結(jié)成固體顆粒狀，進(jìn)而便于各緩沖瓶收集;第一冷卻池和第二冷卻池內(nèi)的恒溫組件設(shè)置的溫度具有溫差，且第一恒溫組件的溫度高于第二恒溫組件的溫度，確保通過冷凝管后的煙氣逐步冷卻至預(yù)設(shè)冷凝溫度，有效提高可凝結(jié)顆粒物的采集效率。
[0013]作為優(yōu)選，所述第一緩沖瓶和第二緩沖瓶均為空瓶，便于煙氣流入并通過瓶壁與第一冷卻池中的介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，第一緩沖瓶的進(jìn)氣管底端位于瓶體頂部，由于冷凝管內(nèi)的煙氣因降溫而形成冷凝水，冷凝水會流入第一緩沖瓶并積聚在瓶底，第一緩沖瓶的進(jìn)氣管底端位于瓶體頂部，有效防止因進(jìn)氣管沒入冷凝水中對煙氣實(shí)施洗氣的情況，通過減小煙氣與冷凝水的接觸來防止因某些氣體溶解于冷凝水中而對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，例如二氧化硫氣體會隨著尾氣外排，當(dāng)煙氣在冷凝水中水洗后，二氧化硫會溶于冷凝水并形成三氧化硫，進(jìn)而增加了可凝結(jié)顆粒物的重量，影響測試結(jié)果。此外，使得煙氣經(jīng)過冷凝管形成的可凝結(jié)顆粒物能沉積在瓶體底部，有效防止從進(jìn)氣管進(jìn)入第一緩沖瓶的煙氣吹起積聚在瓶底的可凝結(jié)顆粒物;第二緩沖瓶的進(jìn)氣管底端位于瓶體底部，使得進(jìn)入第二緩沖瓶的煙氣會從瓶體底部流經(jīng)整個瓶體后再通過導(dǎo)管進(jìn)入第三緩沖瓶，通過增加煙氣與緩沖瓶瓶壁接觸面積來提高熱量交換效率，進(jìn)而提高第一冷卻池對煙氣的冷卻效果。
[0014]作為優(yōu)選，所述第三緩沖瓶為空瓶，其進(jìn)氣管底端位于瓶體底部，通過增加煙氣與緩沖瓶瓶壁接觸面積來提高熱量交換效率，進(jìn)而提高第二冷卻池對煙氣的冷卻效果，第四緩沖瓶裝有變色硅膠，第四緩沖瓶的進(jìn)氣管底端插置在所述變色硅膠中，變色硅膠能吸附從第四緩沖瓶進(jìn)氣管導(dǎo)入的煙氣內(nèi)的可凝結(jié)顆粒物，以此截流煙氣中的可凝結(jié)顆粒物。
[0015]作為優(yōu)選，所述過濾器內(nèi)設(shè)玻璃纖維濾膜或石英濾膜，且濾膜對0.3μπι標(biāo)準(zhǔn)粒子的截留效率不低于99%。通過過濾器截流煙氣中大于0.3μπι的可凝結(jié)顆粒物，通過多層攔截來準(zhǔn)確測量煙氣中的可凝結(jié)顆粒物。
[0016]使用上述裝置同時(shí)測試